EFM32智能门锁应用案例

2012-02-13 16:06:19来源: 互联网
概述

  智能门锁是指区别于传统机械锁具,在用户识别、安全性、管理性方面更加智能化的锁具。它是智能门禁系统中锁门的执行部件。目前应用中常见的智能锁具可以按照其用户识别技术进行分类:

  · 生物识别类,包括指纹锁、虹膜识别门禁。该类型锁具利用生物特征的唯一性,采用生物识别技术进行用户ID识别。它具有安全性高,不存在丢失损坏的优势,但是它不方便配置,相对设备成本较高。

  · 非接触类,包括磁卡、射频卡。它具有安全性较高,塑料材质,配置便携较方便,价格低廉的优点。

  · 接触类,包括TM卡,接触式IC卡\CPU卡。安全性很高,不锈钢材质,配置携带极为方便,价格较低。

  智能门锁区别于传统机械门锁,它主要包括锁心、主控电路板、交互操作面板、把手、供电电池盒5个部分组成。它通常是有源设备,需要使用电源驱动电机控制锁具中的执行部件。同时,在门锁安装过程中限于电源走线不便,电池供电拆装麻烦等原因,智能门锁在电池供电的条件下,对于整个设备的功耗有苛刻要求。整机的功耗直接影响到智能锁具的电池工作寿命,因此它也是智能门锁厂商产品差异化的明显标志,而主控MCU的低功耗特性在系统中尤为关键。

  系统结构

  EFM32是由挪威Energymicro公司采用ARM Cortex-M3内核设计而来的高性能低功耗32位微控制器。它具有突出的低功耗特性,适用于“三表”(电表、水/热表、气表)、工业控制、警报安全系统、健康与运动应用系统、手持式医疗设备以及智能家居控制等领域。

  EFM32可应用于指纹锁、非接触卡式门锁、接触式卡式门锁三类智能门锁系统中。系统主要包括供电电池、识别模块(包括指纹识别、非接触式卡读卡、接触式卡读卡)、控制执行机构、交互界面和通信模块。

  · 主控MCU EFM32TG/G

  根据智能门锁应用的功能需求可配置不同型号的EFM32芯片作为主控MCU。EFM32的芯片具有良好的兼容性,同系列芯片的引脚为pin-pin兼容。在低端的智能门锁应用中,系统对于MCU的Flash和RAM资源要求相对降低,可选用EFM32TG222作为主控,它的封装为QFP48,Flash和RAM资源从2~4KB和8~32KB;在高端的智能门锁应用中,系统功能复杂,对于MCU的Flash和RAM资源要求有所提升,可选用EFM32G222作为主控,它的Flash和RAM资源从8~16KB和32~128KB。

  · 识别模块

  指纹锁中的识别模块包括指纹采集模块DSP组成。指纹采集部分主要将指纹细节以单色图像形式传输到DSP,由DSP执行提取特征值的算法并将特征值与数据库中的信息进行比对,然后将配对结果通过UART传输给主控MCU。

  非接触式卡门锁的识别模块主要由读卡模块和天线构成。当用户开门卡片靠近门锁时,卡片通过门锁振荡产生的电磁波中获得能量,并反馈识别请求,然后通过非接触式协议进行信息交换,从而判断Flash中的数据库是否与当前请求信息匹配。该部分功能主要在MCU中实现,读卡模块与MCU的信息通信主要通过SPI接口实现。

  接触式卡门锁中主要是接触式卡槽部分,EFM32片内的USART带有标准的智能卡接口(SmartCard,ISO7816)。因此系统连接接触式卡通信的底层设计相对简单,用户只需专注实现上层的软件通信协议即可。

  · 供电电源

  EFM32的工作电压为1.8~3.8V,工作电压范围比较宽,有利于电压模块的简单设计。因此智能门锁可以选用3.3V的锂电池系统供电,无需前端添加LDO芯片。又或者选用3节1.5V的干电池供电加LDO芯片降压到3.3V。由于芯片的工作电压比较宽,相对于传统的2.8~3.6V的MCU,它省略了升压芯片、电荷泵等前端芯片。

  · 执行部件

  EFM32的内部Timer可参数带死区控制的PWM和常用的单边沿、双边沿PWM,非常有利于控制开锁电机,执行相应的动作控制。同时,为了便于对非法撬锁、破坏等情况进行警报,可利用I/O扩展相应的声光报警设备。为了扩展门锁系统的用户信息存储,可利用EFM32的SPI接口对外扩展NorFlash。

  · 交互与通信

  在高端的门锁应用中,友好的人机交互界面是必需的部分,可选用EFM32带EBI或TFT驱动器的系列芯片扩展液晶屏、用UART扩展远程警报使用的GSM模块、使用I/O扩展用户交互操作按键。

  选用EBI接口实现扩展液晶屏显示时,需要选用8080接口带Driver芯片的液晶屏,而选用片内带TFT驱动器的MCU时,选用RGB565接口的标准液晶屏接口即可。在简单的门锁系统中也可以省略显示液晶屏,又或者选用EFM32片内带有的LCD控制器,驱动段码式的液晶屏进行简单的操作指引。在门锁被暴力破坏或非法闯入时,主控MCU可通过UART发送对应的AT执行,控制GSM模块以短信形式通知用户。

  

 

  非接触卡式门锁系统的结构图如下图所示。

  

 

  接触卡式门锁系统的结构图框图如下图所示。

  

 

  方案优势

  相对于传统的8位、16位单片机实现的智能门锁方案,基于EFM32实现的本方案具有以下优势:

  · 低功耗

  EFM32是全球最低功耗的32位微控制器,它具有5种功耗模式,在RTC在运行,LEUART、LCD控制器、DMA可运行的EM2模式下,功耗电流仅为900nA,在关断模式Em4,功耗电流仅20nA。优异的MCU低功耗特性将为延长门锁的电池寿命起到极其关键的作用。为了满足低功耗应用场合的需求,EFM32具有完善的低功耗工作机制和极低功耗的外设,通过PRS与DMA的结合,LEUART可以工作在无内核干预的睡眠模式。在内核睡眠模式无内核干预的情况下,LCD可以保持显示,甚至可以实现简单的动画显示。

  EFM32具有低功耗性能优异的外设:片上12bit的ADC在1Msps的速率下,功耗电流仅需350μA;模拟比较器工作仅需100nA;LCD驱动8×36段LCD显示,仅需0.55μA;全功能的LEUART,在9600bps的速率下,功耗电流仅需150nA;AES执行128/256bit AES加/解密仅需54/75个时钟周期。

  · 高集成度、高性能

  EFM32是Cortex-M3内核,内核的指令效率以及代码密度比传统的8位单片机高,尤其是在算法处理方面具有比较大的优势。例如相同的C语言AES算法或3DES算法,在Cortex-M3内核的MCU中运行,效率比在8位单片机上运行高约4倍,因此MCU具有更快地处理、响应外设事件的能力。除此外,EFM32片上集成LCD驱动器、智能卡ISO7816接口、AES硬件模块等资源,丰富的集成外设为不同的系统应用提供多样性的选择。

  · 可扩展性良好

  EFM32的TG、G、GG系列之间具有良好的兼容性,同系列型号的芯片是pin-pin兼容,保证用户在统一的硬件平台上,可进行不同功能需求的裁剪。Flash资源从最低的4KB~1024KB,RAM资源从2KB~128KB。

  总结

  EFM32具有优异的低功耗特性,非常适合于对于低功耗有苛刻要求的智能门锁系统的应用。EFM32内核采用运算性能突出的Cortex-M3设计,极大地缩短了智能门锁应用中的算法处理时间,提高了系统的性能。EFM32具有丰富的外设,为系统扩展功能及降低成本提供了条件。因此,EFM32是低功耗智能门锁主控MCU的不二之选。

关键字:EFM32  智能门锁

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2012/0213/article_14271.html
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